CN108723576B - 一种铝合金微波液冷组件的加工方法 - Google Patents

一种铝合金微波液冷组件的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝合金微波液冷组件的加工方法。所述铝合金微波液冷组件包括壳体和盖板；壳体上开设有壳体水道，改进后的加工操作步骤如下：（1）对壳体和盖板进行化学除油、腐蚀，并在除壳体水道外的壳体和盖板上分别均匀涂上可剥漆；（2）对壳体和盖板进行导电氧化，使壳体水道表面形成均匀的导电氧化膜层；（3）对壳体和盖板进行搅拌摩擦焊接；（4）对焊接微波液冷组件进行去应力热处理；（5）对去应力微波液冷组件的外表面进行加工处理、化学除油、腐蚀和导电氧化，制得微波液冷组件。本发明解决了现有微波液冷组件水内表面氧化不均匀的问题，大幅提高了铝合金微波液冷组件的耐腐蚀性能和使用寿命，进一步提高了雷达微波结构的可靠性。

Description

一种铝合金微波液冷组件的加工方法
技术领域
本发明涉及高密度微波模块的安装和散热技术领域，具体涉及用于高密度微波模块的铝合微波液冷组件的加工方法。
背景技术
铝合金的微波液冷组件是雷达系统的关键结构，起到为高密度微波模块提供安装载体和散热的作用，从而保证雷达系统的有效运转。雷达系统的使用寿命一般为十年以上，因此微波液冷组件的长期可靠性是其重要的性能指标。目前微波液冷组件的主要失效模式是腐蚀失效：内部的冷却液对金属水道壁产生腐蚀而漏液失效；或者腐蚀产物堵塞液冷组件降低冷却效果、导致冷却不良而失效。为了提高微波液冷组件耐腐蚀能力并保证结构导电性，液冷组件的外表面和流道内表面均需进行导电氧化。
目前的液冷组件的加工流程一般先将壳体和盖板进行焊接，再进行导电氧化。导电氧化是化学液与铝合金表面发生纯化学反应的过程。目前铝合金液冷组件的外表面导电氧化工艺成熟，但是流道内表面导电氧化效果差。这主要因为对于具有复杂水道的液冷组件而言，参见图3，化学液必须由壳体水道32的进水口33进入，由出水口34流出，化学反应优先在进水口33处发生，因此随着化学液浓度下降，远离进水口33的水道内部化学反应很弱，出水口34甚至不发生化学反应，无法形成导电氧化膜。
导电氧化膜的承受温度不能超过200℃，如果先对液冷组件的内表面进行氧化再焊接，现有技术搅拌头在摩擦焊过程中的摩擦产热会导致水道表面导电氧化膜超过200℃，同时由于液冷组件的焊接应力变形大，相应的热处理温度需超过250℃才能达到较好的效果，因此无法保证导电氧化膜不受损。
发明内容
为了解决液冷组件内表面导电氧化困难的问题，本发明提供了一种铝合金微波液冷组件的加工方法。
一种铝合金微波液冷组件的加工方法，所述铝合金微波液冷组件包括壳体3和盖板4；所述壳体3上开设有壳体水道32，改进后的加工操作步骤如下：
（1）前处理局部保护
对壳体和盖板进行化学除油、化学腐蚀；在除壳体水道32外的经过化学腐蚀的壳体3上和除与壳体水道32对应的水道面外的经过化学腐蚀的盖板4上分别均匀涂上可剥漆；制得局部保护的壳体和局部保护的盖板；
（2）导电氧化
将局部保护的壳体和局部保护的盖板置于导电氧化液中进行氧化，清水冲洗，使壳体水道32的表面和盖板上与壳体水道32对应的水道面上分别形成均匀的导电氧化膜层；
（3）搅拌摩擦焊接
去除壳体3上的可剥漆和盖板4上的可剥漆，将壳体3的组装焊接表面和盖板4的组装焊接表面对应配合，在搅拌摩擦焊接设备上进行搅拌摩擦焊接，得到焊接微波液冷组件；
搅拌摩擦焊接设备的焊接搅拌头上的轴肩由工作轴肩121和增强轴肩122组成；所述工作轴肩121的直径小于增强轴肩122的直径，大于搅拌针11的直径；所述工作轴肩121的外径与所述搅拌针11的轴向长度之间的比值小于3；
工作轴肩121的作用在于减小热量产生，实现壳体水道32的表面和盖板上与壳体水道32对应的水道面上在搅拌摩擦焊接过程中的摩擦产热温度不超过200℃；
搅拌摩擦焊工艺条件：焊接搅拌头的转速为600～800rmp、焊接速度为150～200mm/min、下压量为0.05～0.2mm；
（4）去应力
将焊接微波液冷组件置于热处理炉中进行去应力热处理，工艺条件：温度为180～200℃、保温时间为6～10h，制得去应力微波液冷组件；
（5）外表面导电氧化
对去应力微波液冷组件的外表面进行加工处理、化学除油、化学腐蚀和导电氧化，制得微波液冷组件。
进一步限定的技术方案如下：
步骤（1）中，静置10min可剥漆凝固，形成可剥漆涂层，可剥漆涂层厚度为0.2mm以上。
步骤（2）中，所述导电氧化液由铬酐2～5g/L、氟化氢铵1～3g/L、铁氰化钾0.5～1g/L和水混合均匀制成。
步骤（2）中，导电氧化条件：温度20℃～35℃、氧化时间2～5min。
步骤（3）中，所述工作轴肩121的外径与所述搅拌针11的轴向长度之间的比值为1.5～2.5，所述增强轴肩122的外径与所述搅拌针11的轴向长度之间的比值为3～5；工作轴肩121与轴肩12之间由倒角状的过渡轴肩123过渡连接。
步骤（1）中，将壳体和盖板置于化学除油溶液中处理1～4min，所述化学除油溶液的温度为60～65℃，之后用50～70℃的热水冲洗1～2min，得到经过化学除油的壳体和盖板；
将经过化学除油的壳体和盖板置于化学腐蚀溶液中处理20～50秒，化学腐蚀溶液温度为60～65℃，之后用50～70℃热水冲洗1～2min，得到经过化学腐蚀的壳体和盖板。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明的方法能够使铝合金微波液冷组件的水道表面获得均匀一致的导电氧化膜，解决了现有微波液冷组件水内表面氧化不均匀的问题，大幅提高了微波液冷组件的耐腐蚀性能，提高了铝合金微波液冷组件的使用寿命，进一步提高了雷达微波结构的可靠性。
2.本发明通过对搅拌摩擦焊接设备的焊接搅拌头的改进，同时改进搅拌摩擦焊接工艺条件，降低了焊接温度，保证了焊缝质量。
3.本发明通过对焊接搅拌头的改进，使焊接搅拌头上工作轴肩的外径与搅拌针的长度之间的比值为1.5～2.5，远低于常规值3。由于搅拌针长度等于盖板厚度，该设计降低了工作轴肩尺寸，能够带来三个效果：一是搅拌摩擦焊过程中的压力与工作轴肩的直径正相关，降低工作轴肩尺寸能够降低焊接压力，进而防止水道表面在压力作用下变形，也就防止了导电氧化膜层的破坏。二是降低工作轴肩的直径能够降低焊后热应力，较低的热应力就需要较低的热处理去应力温度，保证热处理温度低于200℃。搅拌摩擦焊接过程中的摩擦产热也与工作轴肩尺寸正相关，而被焊零件的最高温度和焊后热应力均与摩擦产热正相关，降低工作轴肩直径也就降低了焊接峰值温度和热应力。三是降低工作轴肩的直径能够降低焊接峰值温度，进而保证水道壁在焊接过程中温度低于200℃。以上三方面的效果共同保证了水道表面的导电氧化膜层不被破坏。
4.本发明焊接搅拌头上的增强轴肩的设计能够保证焊接搅拌头的刚性，防止断裂，提高焊接搅拌头的使用寿命。
5.焊接前导电氧化时采用可剥漆涂覆，防止盖板和壳体的对接缝及附近形成氧化膜，避免氧化膜的存在降低焊缝质量。
6.本发明的搅拌摩擦焊接工艺条件设计，即焊接搅拌头的转速为600～800rmp，焊接速度为150～200mm/min，下压量为0.05～0.2mm；一方面保证工作轴肩直径减小后的焊接质量，另一方面控制焊接过程的热输入，保证焊接热效应对水道壁的导电氧化膜层的热影响低于200℃，同时减少焊接应力和变形，保证焊后热处理能够使用更低温度；其中较小的下压量能够进一步降低焊接压力，保证水道壁的导电氧化膜层不受变形破坏。
附图说明
图1为本发明被加工微波液冷组件结构示意图。
图2为本发明焊接搅拌头结构示意图。
图3为壳体及壳体水道结构示意图。
图4为现有技术焊接搅拌头结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-本体，11-搅拌针，12-轴肩，13-限位区，14-夹持柄，121-工作轴肩，122-增强轴肩，123-过渡轴肩，15-现有轴肩，3-壳体，31-台阶面，32-壳体水道，33-进水口，34-出水口，4-盖板。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例1
参见图1，被加工件为铝合金微波液冷组件，包括壳体3和盖板4；参见图3，壳体3上开设有壳体水道32。
一种铝合金微波液冷组件的加工操作步骤如下：
（1）前处理局部保护
对壳体和盖板进行化学除油、化学腐蚀；
将壳体和盖板置于化学除油溶液中处理1min，化学除油溶液的温度为65℃，之后用50℃的热水冲洗2min，得到经过化学除油的壳体和盖板；化学除油溶液由磷酸钠45g、碳酸钠15g和水混合至1L均匀制成。
将经过化学除油的壳体和盖板置于化学腐蚀溶液中处理20秒，化学腐蚀溶液温度为65℃，之后用50℃热水冲洗2min，得到经过化学腐蚀的壳体和盖板；化学腐蚀溶液由氢氧化钠15g、碳酸钠35g、磷酸钠15g和水混合至1L均匀制成。
在除壳体水道32外的经过化学腐蚀的壳体3上和除与壳体水道32对应的水道面外的经过化学腐蚀的盖板4上分别均匀涂上可剥漆，静置10min可剥漆凝固，形成可剥漆涂层，可剥漆涂层厚度为0.2mm以上；制得局部保护的壳体和局部保护的盖板。
（2）导电氧化
将局部保护的壳体和局部保护的盖板置于导电氧化液中，温度20℃条件下导电氧化5min，清水冲洗1min，使壳体水道32的表面和水道的表面分别形成均匀的导电氧化膜层。导电氧化液由铬酐3g、氟化氢铵2g、铁氰化钾0.8g和水混合至1L均匀制成。
（3）搅拌摩擦焊接
去除壳体3上的可剥漆和盖板4上的可剥漆，将壳体3的组装焊接表面和盖板4的组装焊接表面对应配合，在搅拌摩擦焊接设备上进行搅拌摩擦焊接，得到焊接微波液冷组件。
为了保证壳体和盖板的导电氧化膜层在焊接过程中温度低于200℃，一方面对搅拌摩擦焊接设备上的焊接搅拌头进行了改进，另一方面改进了搅拌摩擦焊工艺条件，具体改进如下：
参见图2，焊接搅拌头上的轴肩由工作轴肩121和增强轴肩122组成，工作轴肩121与轴肩12之间由倒角状的过渡轴肩123过渡连接。工作轴肩121的直径小于增强轴肩122的直径，大于搅拌针11的直径；工作轴肩121、过渡轴肩123和增强轴肩122之间的长度比为3:1:6，分别为15mm、5mm、30mm，工作轴肩121的外径与所述搅拌针11的轴向长度之间的比值为1.5；增强轴肩122的外径与所述搅拌针11的轴向长度之间的比值为5。
搅拌摩擦焊接工艺条件：焊接搅拌头的转速为600rmp、焊接速度为200mm/min、压量为0.05mm。
在焊接加工中，焊接搅拌头中心位置的峰值温度为420℃，水道壁的峰值温度为160℃，能够保证水道表面的导电氧化膜层不被破坏。
（4）去应力
将焊接微波液冷组件置于热处理炉中进行去应力热处理，工艺条件：温度为180℃、保温时间为10h，随炉冷却至低于80℃后出炉，制得去应力微波液冷组件。
（5）外表面导电氧化
按常规工艺对去应力微波液冷组件的外表面进行加工处理、化学除油、化学腐蚀和导电氧化，完成铝合金微波液冷组件的加工。
采用聚四氟乙烯棒封堵去应力微波液冷组件上水道的进水口和出水口，聚四氟乙烯棒直径与去应力液冷组件的进水口、出水口的装配公差为±0.05mm。
采用高速精铣对封堵后的微波液冷组件的外表面进行加工处理，高速铣转速高于10000rmp，保证水道表面粗糙度小于1.6μm。
实施例2
参见图1，被加工件为铝合金微波液冷组件，包括壳体3和盖板4；参见图3，壳体3上开设有壳体水道32。
一种铝合金微波液冷组件的加工操作步骤如下：
（1）前处理局部保护
对壳体和盖板进行化学除油、化学腐蚀；
将壳体和盖板置于化学除油溶液中处理4min，化学除油溶液的温度为60℃，之后用70℃的热水冲洗1min；
将经过化学除油的壳体和盖板置于化学腐蚀溶液中处理50秒，化学腐蚀溶液温度为60℃，之后用70℃热水冲洗1min；其它同实施例1。
（2）导电氧化
将局部保护的壳体和盖板置于导电氧化液中，温度35℃条件下导电氧化2min，导电氧化液由铬酐5g、氟化氢铵3g、铁氰化钾1g和水混合至1L均匀制成。其它同实施例1。
（3）搅拌摩擦焊接
工作轴肩121的外径与所述搅拌针11的轴向长度之间的比值为2.5；增强轴肩122的外径与所述搅拌针11的轴向长度之间的比值为3。
搅拌摩擦焊接工艺条件：焊接搅拌头的转速为800rmp、焊接速度为150mm/min、压量为0.2mm。
在焊接加工中，焊接搅拌头中心位置的峰值温度为450℃，水道壁的峰值温度为200℃，其它同实施例1。
（4）去应力
将焊接微波液冷组件置于热处理炉中进行去应力热处理，工艺条件：温度为200℃、保温时间为6h，随炉冷却至低于80℃后出炉，制得去应力微波液冷组件。
（5）外表面导电氧化
按常规工艺对去应力微波液冷组件的外表面进行加工处理、化学除油、化学腐蚀和导电氧化，制得微波液冷组件。其它同实施例1。
实施例3
参见图1，被加工件为铝合金微波液冷组件，包括壳体3和盖板4；参见图3，壳体3上开设有壳体水道32。
一种铝合金微波液冷组件的加工操作步骤如下：
（1）前处理局部保护
对壳体和盖板进行化学除油、化学腐蚀；
将壳体和盖板置于化学除油溶液中处理3min，化学除油溶液的温度为63℃，之后用60℃的热水冲洗3min；
将经过化学除油的壳体和盖板置于化学腐蚀溶液中处理30秒，化学腐蚀溶液温度为63℃，之后用60℃热水冲洗1.5min；其它同实施例1。
（2）导电氧化
将局部保护的壳体和盖板置于导电氧化液中，温度30℃条件下导电氧化3min，导电氧化液由铬酐3g、氟化氢铵2g、铁氰化钾0.5g和水混合至1L均匀制成。其它同实施例1。
（3）搅拌摩擦焊接
工作轴肩121的外径与所述搅拌针11的轴向长度之间的比值为2；增强轴肩122的外径与所述搅拌针11的轴向长度之间的比值为3。
搅拌摩擦焊接工艺条件：焊接搅拌头的转速为700rmp、焊接速度为180mm/min、压量为0.1mm。
在焊接加工中，焊接搅拌头中心位置的峰值温度为440℃，水道壁的峰值温度为180℃，其它同实施例1。
（4）去应力
将焊接微波液冷组件置于热处理炉中进行去应力热处理，工艺条件：温度为190℃、保温时间为8h，随炉冷却至低于80℃后出炉，制得去应力微波液冷组件。
（5）外表面导电氧化
按常规工艺对去应力微波液冷组件的外表面进行加工处理、化学除油、化学腐蚀和导电氧化，制得微波液冷组件。其它同实施例1。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铝合金微波液冷组件的加工方法，所述铝合金微波液冷组件包括壳体（3）和盖板（4）；所述壳体（3）上开设有壳体水道（32），其特征在于加工操作步骤如下：
（1）前处理局部保护
对壳体和盖板进行化学除油、化学腐蚀；在除壳体水道（32）外的经过化学腐蚀的壳体（3）上和除与壳体水道（32）对应的水道面外的经过化学腐蚀的盖板（4）上分别均匀涂上可剥漆；静置10min可剥漆凝固，形成可剥漆涂层，可剥漆涂层厚度为0.2mm以上；制得局部保护的壳体和局部保护的盖板；
将壳体和盖板置于化学除油溶液中处理1～4min，所述化学除油溶液的温度为60～65℃，之后用50～70℃的热水冲洗1～2min；
将经过化学除油的壳体和盖板置于化学腐蚀溶液中处理20～50秒，化学腐蚀溶液温度为60～65℃，之后用50～70℃热水冲洗1～2min；
（2）导电氧化
将局部保护的壳体和局部保护的盖板置于导电氧化液中进行氧化，清水冲洗，使壳体水道（32）的表面和盖板上与壳体水道（32）对应的水道面上分别形成均匀的导电氧化膜层；
所述导电氧化液由铬酐2～5g/L、氟化氢铵1～3g/L、铁氰化钾0.5～1g/L和水混合均匀制成；导电氧化条件：温度20℃～35℃、氧化时间2～5min；
（3）搅拌摩擦焊接
去除壳体（3）上的可剥漆和盖板（4）上的可剥漆，将壳体（3）的组装焊接表面和盖板（4）的组装焊接表面对应配合，在搅拌摩擦焊接设备上进行搅拌摩擦焊接，得到焊接微波液冷组件；
搅拌摩擦焊接设备的焊接搅拌头上的轴肩由工作轴肩（121）和增强轴肩（122）组成；所述工作轴肩（121）的直径小于增强轴肩（122）的直径，大于搅拌针（11）的直径；所述工作轴肩（121）的外径与所述搅拌针（11）的轴向长度之间的比值小于3；
工作轴肩（121）的作用在于减小热量产生，实现壳体水道（32）的表面和盖板上与壳体水道（32）对应的水道面上在搅拌摩擦焊接过程中的摩擦产热温度不超过200℃；
搅拌摩擦焊工艺条件：焊接搅拌头的转速为600～800rmp、焊接速度为150～200mm/min、下压量为0.05～0.2mm；
（4）去应力
将焊接微波液冷组件置于热处理炉中进行去应力热处理，工艺条件：温度为180～200℃、保温时间为6～10h，制得去应力微波液冷组件；
（5）外表面导电氧化
对去应力微波液冷组件的外表面进行加工处理、化学除油、化学腐蚀和导电氧化，制得微波液冷组件。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金微波液冷组件的加工方法，其特征在于：步骤（3）中，所述工作轴肩（121）的外径与所述搅拌针（11）的轴向长度之间的比值为1.5～2.5，所述增强轴肩（122）的外径与所述搅拌针（11）的轴向长度之间的比值为3～5；工作轴肩（121）与轴肩（12）之间由倒角状的过渡轴肩（123）过渡连接。
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